土-结构相互作用对铅芯橡胶垫基础隔震系统影响研究

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摘 要：本文通过建立不同压缩性土的铅芯橡胶垫隔震模型及非隔震模型，运用ANSYS通用有限元程序进行ELCENTRO波及上海人工波分别作用下的动力反应分析，通过分析结果对比得出了高压缩性软土地基条件下采用铅芯橡胶垫基础隔震系统隔震效果不及中、低压缩性土场地条件下明显的结论。

关键词：铅芯橡胶垫基础隔震系统 高压缩性土中、低压缩性土

Abstract: This paper research the dynamic behavior of base-isolated structure and num-base-isolated structure under ELCENTRO WAVE and SHANGHAI ARTIFICIAL WAVE by building ANSYS models, And draw the conclusion that the base-isolated structure used on highly compressed soil ground is worse than which used on medium，lowly compressed soil ground.

Key words：base-isolated systemhighly compressed soilmedium, lowly compressed soil

中图分类号：TU352.1+2 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

基础隔震结构由于其在地震作用下的良好表现，而且当建筑物为8度9度设防时具有良好的经济性，因此在实践中得到了越来越广泛的应用。但是地震波的作用是通过场地土作用于建筑物的，因此场地的动力特性必然会对基础隔震结构产生影响。《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）12.1.3条第2款中指出了隔震结构的建筑场地宜为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，定性地说明了基础隔震结构适用的场地类别，本文将通过不同压缩性土参数场地条件下基础隔震系统的位移、剪力比较，详细地研究建筑场地对基础隔震结构的影响。

2、ANSYS结构模型参数

本文所采用上部结构的模型剪切型结构。上部结构共四层，每层由四根梁、四根柱、和楼板组成，梁的长度为4米，截面尺寸为0.25米×0.6米；柱的高度为3米，截面尺寸为0.6×0.6米；基础厚度为1米，平面尺寸为4×4米。梁柱单元采用BEAM188单元，楼板采用SHELL63单元，隔震层采用COMBINE14单元，基础和土都采用SOLID45单元。所选用的混凝土材料的弹性模量为3.3e10，泊松比为0.1667，结构材料阻尼取0.05，密度为2500千克/立方米。

3.土模型的建立

本文采用等效线性模型来模拟土的性质。取土的密度取为1900公斤/立方米，然后根据不同土的状态选取不同的压缩模量，通过经验公式（2.7）和表2.1来计算其变形模量和泊松比。设土的状态分别为软塑及流塑状态、可塑状态、坚硬状态的粉质粘土，按照压缩模量划分分别为高压缩性、中压缩性、低压缩性三种类型，分别取2、10、20，再由表2.1可以查得其泊松比分别为0.35、0.30、0.25，可以根据式（2.7）算得分别为1.24、7.4、16.6土的材料阻尼取0.15。土模型的网格划分的范围取6倍于基础边长的土模型来进行分析。

土－结构相互作用对橡胶垫基础隔震ANSYS模型如图1.1。

除了建立此模型以外，还建立了不考虑土结构相互作用的隔震结构模型、不考虑土结构相互作用的普通结构模型、考虑土－结构相互作用的普通结构模型来对其进行比较分析。

图1.1 考虑土－结构相互作用的基础隔震体系ANSYS模型

4.各模型计算结果分析

4.1ELCENTRO 波作用下位移比较图

4.2ELCENTRO 波作用下剪力比较图

4.3上海人工波作用下位移比较图

4.4上海人工波作用下剪力比较图

5.结论

从以上图表可以看出：对于中、低压缩性土，上部结构各层的最大位移有缓慢的线性增加。而对于高压缩性土－隔震模型，上部结构各层的最大位移急剧线性增加。高压缩性土－隔震模型上部结构各层的最大剪力与其他的隔震模型各层的最大剪力相差不大，这一点说明了高压缩性土－隔震模型的上部结构的摇摆运动比较剧烈。因此可以看出在高压缩性土上建造隔震结构的是不适宜的，其将产生过大的摇摆运动，而与考虑土－结构相互作用的非隔震模型比较其在各层最大剪力的减小方面也没有很大的优势，没有隔震的意义。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。